Аналого-цифровой преобразователь изображений Советский патент 1991 года по МПК G02F7/00 

О

VI J о ел

Изобретение относится к оптоэлектрон- ной технике и может быть использовано в системах обработки изображений для ввода полутонового изображения в параллельные цифровые оптоэлектронные процессоры.

Цель изобретения - улучшение разрешающей способности и повышение чувствительности устройства.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства; на фиг. 2 - оптическая схема порогового оптически управляемого инверсного транспаранта; на фиг. 3 - передаточные характеристики последнего; на фиг. 4 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг. 1) содержит светообъ- единительный элемент 1, источник 2 кол- лимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью, пороговый инверсный оптически управляемый транспарант (ПИОУТ) 3, мультипликатор 4 изображений, оптически управляемые транспаранты 5 - 8 с памятью, электронный блок 9 управления, включающий тактовый генератор 10, двоичный вычитающий счетчик 11. формирователи 12-15 импульсов записи и стирания для транспарантов 5-8. Входом устройства для преобразуемого полутонового изображения является вход 16 светообъединителя 1, другой вход которого связан с источником 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью. Выход порогового инверсного ОУТ 3 связан с входом мультипликатора 4 изображений, к выходам которого подсоединены входы оптически управляемых транспарантов 5-8, соединенных с выходами 17-20 электронной схемы 9 управления. Тактовый генератор 10 подключен к входу вычитающего двоичного счетчика 11, выходы разрядов которого соединены со входами формирователей 12-15 импульсов записи на транспаранты. Выходы формирователей 12 - 15 являются выходами 17-20 электронной схемы 9 управления. Выход 21 синхронизации вычитающего счетчика 11 соединен с входом 22 запуска источника 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью.

Источник 2 коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью в частном варианте выполнен, например, в виде полупроводникового лазера или светоизлучающего диода с коллиматором, управляемого от функционального генератора тока. Форма тока на выходе функционального генератора изменяется таким образом, чтобы скомпенсировать нелинейную зависимость люкс-амперной характеристики светодиода.

Пороговый инверсный ОУТ 3 (фиг. 2) содержит делительные элементы 23 - 26.

линзы 27 - 29. поляризаторы 30, 31, анализаторы 32, 33,зеркало 34 и жидкокристаллический пространственно-временной модулятор света (ЖК ПВМС) 35, прямой выход 36. вход 37 ЖКПВМС 35. инверсный

выход 38.

Мультипликатор 4 изображений выполнен, например, из световолокон так, что из любой входной точки мультипликатора выходят четыре световолокна. Каждое волокно

подводится к одному из четырех выходных окон мультипликатора. При этом все точки входного окна соединяются световолокном с соответствующими им точками выходных окон.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии вычитающий счетчик 11 обнулен, на выходе источника 2 коллимированного светового потока

максимальная амплитуда Атах. равная максимальному значению преобразуемой устройством яркости, для четырех ОУТ 3 с памятью Атах 2Ч Д А.где Л А - минимально различимая яркость (величина одной градации яркости; на фиг. 4 А2 - амплитуда света на выходе источника 2). Порог срабатывания П порогового инверсного ОУТ 3 выбирается равным Атах. Первый импульс от тактового генератора 10 переводит счетчик

11 в единичное состояние для всех разрядов, при этом на его выходе 21 синхронизации формируется импульс, запускающий источник 2 с нуля (см. U21 на фиг. 3).

Для светового сигнала любой точки

входного изображения величиной Авх при сложении его с нарастающим сигналом Аа источника 2, интенсивность которого изменяется во времени по закону А2 р- t, где р - коэффициент пропорциональности,

ti момент времени, когда сумма сигналов достигнет порога П Атах, определяется из условия Авх + pti Amax и равен t1 Атах Авх Время tmax соответствующее моменту времени, когда сигнал с нулевой интенсивностью достигнет того же

Порога tmax -, Откуда длительность tmax

-tt, соответствующая длительности нуле- во го сигнала на выходе порогового инверAmax Amax Авх АВХ

Р

сного ОУТ 3, равна

РР

т.е. длительность нулевого сигнала однозначно соответствует измеряемому сигналу, т.е. длительность отсутствия света на выходе порогового инверсного ОУТ 3 прямо пропорциональна интенсивности входного изображения, а длительность наличия света прямо пропорциональна раз-

н оСТИ Атах - Авх.

При поступлении на вход положительного перепада с выходов разрядов счетчика 11 формирователяч 12-15 импульсов записи и стирания ОУТ подают на соответствующие ОУТ 5-8 с памятью напряжение питания положительной полярности, что вызывает запись на эти транспаранты оптической картины с выхода мультипликатора 4, а по отрицательному перепаду - напряжение пи- тания отрицательной полярности, что вызывает стирание информации с ОУТ 5-8 с памятью выходным светом мультипликатора 4 (см. на фиг. 4 U20, Dig, Uia и Un - напряжение соответственно на выходах 20- 17 схемы 9 управления). На фиг. 4 AI - амплитуда светового сигнала произвольной точки картины на выходе светообьедини- тельного элемента 1, АЗ - амплитуда этой же точки картины на выходе порогового инвер- сного ОУТ 3 устройства 3, As - AS - амплитуды произвольной точки картины, записанные соответственно на ОУТ 5-8 с памятью в процессе преобразования. На фиг. 4 рассмотрена работа устройства на примере двух произвольных точек с ин- тенсивностями соответственно А вх 12 и 5 градаций яркости.

Преобразуемая световая картина, поступающая на вход 16 устройства, сумми- руется с коллимированным линейно нарастающим световым потоком от источника 2 и подается на вход порогового инверсного ОУТ 3.

На выходе последнего получается би- парная световая картина, причем длительность яркого сигнала в каждой точке картины однозначно соответствует яркости этой же точки на входном изображении (а именно прямо пропорциональна величине Атах - АВХ. где Атах - максимально допустимая яркость, Авх - яркость данной точки на входном изображении.

Запись и стирание на ОУТ 3 с памятью происходит во время действия светового импульса с выхода порогового инверсного ОУТ 3 с тем лиш отличием, что для ОУТ 8 процессы записи и стирания повторяются через такт, для ОУТ 7 - через 2 такта, для ОУТ 6 - через 4 такта, для ОУТ 5 - через 8 тактов. По окончании 16 тактов, как видно из фиг. 4, на ОУТ 8 будет записано бинарное изображение, составленное из младших разрядов кодов соответствующих точек преобразованного изображения, на ОУТ 7 вторые разряды, на ОУТ 6 - третьи разряды, на ОУТ 5 - старшие разряды.

Частный вариант выполнения порогового инверсного ОУТ (фиг. 2) работает следующим образом.

При отсутствии входного освещения ЖК ПВМС 35 не изменяет плоскость поляризации считывающего освещения, которое, отражаясь от него, поступает на анализаторы

32и 33. Ориентация анализатора 32 такова, что этот свет не проходит через него и не поступает на прямой выход 36 и в кольцо обратной связи. Анализатор 33 ориентирован так, что пропускает считывающий свет на инверсный выход 38. При увеличении входной освещенности состояния выходов (на выходе 36 - 0, на выходе 38 - 1) не изменится, пока не будет достигнут порог. С этого момента ЖК ПВМС 35 начинает включаться (поворачивать плоскость поляризации считывающего света), считывающий свет через анализатор 32 начинает поступать через кольцо обратной связи на вход 37 ЖК ПВМС 35 и возникает лавинообразный процесс включения, происходящий уже без дальнейшего увеличения входной интенсивности. В этом включенном состоянии ЖК ПВМС вращает плоскость поляризации считывающего света на П/2, который теперь пропускается анализатором 32 на прямой выход 36, и не проходит через анализатор

33на инверсный выход 38. т.к во включенном состоянии на прямом выходе 36 - 1, а на инверсном выходе 38 - 0 На фиг. 3 IPX относительная интенсивность входного освещения, 1Вых - относительная выходная интенсивность; кривая 39 - передаточная функция ЖК ПВМС 35 (без обратной связи для прямого выхода 36; кривая 40 - передаточная функция ЖК ПВМС 35 с обратной связью (для прямого выхода 36), кривая 41 - передаточная функция ЖК ПВМС 35 с обратной связью (для инверсного выхода 38), т.е. передаточная функция порогового инверсного ОУТ 3. Из фиг. 3 видно, что обратная связь позволяет получить более резкую пороговую характеристику ЖК ПВМС. Участки входного изображения, имеющие интенсивность ниже порога, на выходе 38 представляются как светящиеся, а участки с интенсивностью выше порога - темные.

Улучшение разрешающей способности достигается за счет высокого разрешения порогового инверсного ОУТ 3 (соответствующего разрешению ОУТ 5-8 с памятью), используемого вместо матрицы дискретных фотоприбмников.

Увеличение чувствительности по сравнению с известным устройством пропорционально 2k, где k - число разрядов.

Чувствительность g устройства определяется как величина, обратная минимальному значению входной интенсивности, фиксируемой устройством, т.е. одной градации яркости ДА

Я-2ПГ- 1

Поскольку в прототипе интенсивность входной оптической картины ослабляется модулятором света в каждом такте работы устройства на равную величину, порог П срабатывания оптического порогового устройства выбирается равным ЛАПр.

ДАпр П,(2)

где ДАпр- величина одной градации яркости в прототипе. В изобретении порог П срабатывания оптического порогового устройства выбирается равным Атах з

П Атах з;(3)

где Атах з - максимально допустимая амплитуда входного сигнала, причем

Amax3 2k-AA3,(4)

где Д Аз - величина одной градации яркости. Из (3) и (4) следует, что

ДАЭ -.(5)

Подставляя (2) и (5) в (1), получим значения чувствительности

11 ,.,

для прототипа дпр -т-д- -рг , (6) ЈД Мпр

для изобретения

9з

1 1 2

-ТГ- СП

Аз n/2k п

Дополнительно отметим, что при количестве оптически управляемых транспарантов k, максимальный код, фиксируемый устройством имеет значение 2 и диапазон изменения входной амплитуды будет от Amin Д А ДО Атах 2k Д А. Из (2) И (5) получаем диапазон dnp изменения входной амплитуды

для прототипа dnp П - (2k П); (8)

для изобретения ds -т- П. (9)

2

Из (8) и (9) следует, что увеличение разрядности К устройства приводит в прототипе к увеличению верхней границы диапазона входных амплитуд и не изменяет шаг дискретизации амплитуды (Д АПр см, (2)). В изобретении увеличение разрядности при- водит к уменьшению шага дискретизации (ДАз, см. (5)), т.е. увеличивается разрешающая способность по амплитуде и точность устройства.

10

Формула изобретения

Аналого-цифровой преобразователь изображений, содержащий последовательно оптически связанные блок изменения интенсивности изображений, пороговый блок, и мультиплексор изображений, выходы которого оптически связаны с соответствующими оптически управляемыми транспарантами с памятью, электрические

входы которых подключены к соответствующим выходам электронного блока управления, содержащего тактовый генератор, соединенный с входом двоичного счетчика, выходы разрядов которого через формирователи импульсов записи и стирания соединены с соответствующими выходами электронного блока управления, отличающийся тем, что, с целью улучшения разрешающей способности и повышения

чувствительности, блок изменения интенсивности изображений выполнен в виде источника коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью, оптически связанного с первым входом светообъединительного элемента, второй вход которого является входом преобразователя, а выход светообъединительного элемента является выходом блбка изменения интенсивности изображений,

оптический пороговый блок выполнен в виде порогового инверсного оптически управляемого транспаранта, а двоичный счетчик выполнен вычитающим, и выход синхронизации последнего подключен к входу запуска источника коллимированного светового потока с линейно нарастающей интенсивностью.

пмдэ паншМдо п кпнодпшпнэ ппнхЬони ютапняпэдэо

„tttt

S

II

иго

Ш9 1/18 ЦП

l/tl

At At/not

ЛЛПЛlJЛJl-n-rLГU

Изобретение относится к оптоэлектронной технике и может быть использовано в системах обработки изображений для ввода полутоновых изображений в параллельные цифровые оптоэлектронные процессоры. Цель изобретения - улучшение разрешающей способности и повышение чувствительности. Устройство содержит оптическое пороговое устройство 3, мультипликатор изображений 4, оптически управляемые транспаранты с памятью 5 - 8, электронную схему управления 9. Установлен источник 2 плоскопараллельного света с линейно нарастающей интенсивностью и светообъединитель 1. Кроме того, оптическое пороговое устройство выполнено в виде оптически управляемого транспаранта с пороговой характеристикой и инверсным выходом, а электронная схема управления содержит тактовый генератор 10, вычитающий счетчик 11, формирователи импульсов 12 - 15. 4 ил.

fl-Amax A$r-1l

A, A ex Ai

,